CN106062055A - 纤维素多孔质粒子的制造方法及纤维素多孔质粒子 - Google Patents
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Abstract
本发明所涉及一种纤维素多孔质粒子的制造方法及通过纤维素多孔质粒子的制造方法而得到的纤维素多孔质粒子,所述纤维素多孔质粒子的制造方法包括:纤维素溶液制备工序,将纤维素溶解于溴化锂水溶液中而制备纤维素溶液;分散物制备工序,使纤维素溶液分散于有机分散介质中而制备纤维素溶液分散物;及凝固工序,将纤维素溶液分散物进行冷却并添加凝固溶剂,从而使纤维素溶液分散物中的纤维素凝固而得到多孔质粒子。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维素多孔质粒子的制造方法及纤维素多孔质粒子。
背景技术
纤维素多孔质粒子具有如下特征:在多糖类的多孔质粒子中机械强度较大;蛋白质等非特异性吸附较少;通过修饰羟基而可以携带多种配体等。因此纤维素多孔质粒子作为载体而使用于各种目的。
将纤维素多孔质粒子作为载体而使用的情况下,在决定性能方面,适当地控制多孔质粒子的细孔径是重要的。
例如使用于液相色谱的多孔质填充剂的功能大多取决于填充剂具有的细孔径。在凝胶色谱中,利用基于包含于混合物中的各成分分子大小的溶出时间的差异来分离各成分,因此载体的细孔大小对分离能带来较大的影响。在离子交换色谱、亲和色谱等中使用的吸附用载体中,根据多孔质载体的细孔表面积,在一定体积内可携带的目标吸附物的量发生变化。因此,为了将多孔质粒子作为载体使用,要求将多孔质粒子的细孔径控制在所希望的范围内。
并且,在将纤维素多孔质粒子用作分离用或过滤材料的情况下,若将流体的流量设为较大,则有时流体的压力会使多孔质粒子压缩并变形。在多孔质粒子变形的情况下,细孔的形状及细孔径改变,存在不易将多孔质粒子的细孔径控制在所希望的范围的问题、在色谱柱内产生固结且不易在高流速下使用的问题等,纤维素多孔质粒子的机械强度也是必要的性能之一。
作为制造纤维素多孔质粒子的方法,公开有直接将纤维素溶解于硫氰酸钙水溶液中进行造粒的方法,记载有将所得到的纤维素多孔质粒子使用于色谱载体(参考例如日本专利3601229号公报、JournalofChromatographyA、1980年、195、p221-230)。
作为制作纤维素多孔质粒子的其它方法公开有如下方法,在含有二氯甲烷的溶剂中溶解纤维素乙酸丁酸酯或纤维素的二乙酸酯,并使其在水性介质中悬浮而形成液滴,从液滴去除溶剂之后通过皂化而形成未修饰的纤维素粒子(参考例如日本专利2525308号公报、日本化学会刊1999、No.11p733-737)。
并且公开有如下制作非粒子状多孔体的技术,将纤维素溶解于溴化锂水溶液中,将所得到的纤维素溶液在容器中进行冷却并凝胶化,之后,通过浸渍于水中而制作多孔体(参考例如Cellulose、2014年、Vol.21、p1175。)
发明的概要
发明要解决的技术课题
然而,在日本专利3601229号公报及JournalofChromatographyA、1980年、195、p221-230中记载的纤维素多孔质粒子的制造方法中,所使用的硫氰酸钙水溶液具有毒性、腐蚀性,因此在进行后处理时费工作量。并且,通过记载于这些文献中的制造方法而得到的纤维素多孔质粒子,其细孔的孔径较大,比表面积较小,因此在作为色谱等的载体使用时无法期待良好的吸附性能。
在日本专利2525308号公报及日本化学会刊1999、No.11p733-737中记载的纤维素多孔质粒子的制造方法中,原料中使用了改性纤维素化合物,因此需要用于将改性纤维素转换为未修饰的纤维素的皂化等工序,与未使用改性纤维素的方法相比制造上的工作量增加。另外,在这些文献中记载的制造方法中,为了控制细孔径而需要使用酒精等稀释剂,存在如下问题:在细孔径的控制中使用的稀释剂的清洗或回收很费功夫;及所生成的纤维素粒子的细孔的孔径较大且比表面积较小,因此在用作色谱等的载体时无法期待良好的吸附性能等。
在Cellulose、2014年、Vol.21、p1175中,试验性地进行了在容器内使溶解了纤维素的溴化锂水溶液凝固而形成多孔质体的研究。但所得到的纤维素多孔质体的机械强度较低,很难说具有供实际应用的强度。并且在Cellulose、2014年、Vol.21、p1175中,对提高纤维素多孔质体的强度及形成纤维素多孔质粒子并未进行研究。
因此,目前正在要求一种具有均匀且受控制的细孔的纤维素多孔质粒子的简易的制造方法。
本发明的课题在于提供一种比表面积较大、具有受控制的细孔且机械强度良好的纤维素多孔质粒子的制造方法、及比表面积较大、具有受控制的细孔且机械强度良好的纤维素多孔质粒子。
用于解决技术课题的手段
本发明人等经过深入研究的结果发现,通过将纤维素不进行酯化而溶解于特定溶剂之后制备纤维素溶液分散物的工序,可以解决上述课题并完成了本发明。
本发明包括以下实施方式。
<1>一种纤维素多孔质粒子的制造方法,其包括:纤维素溶液制备工序,将纤维素溶解于溴化锂水溶液中而制备纤维素溶液;分散物制备工序,使纤维素溶液分散于有机分散介质中而制备纤维素溶液分散物;及凝固工序,将纤维素溶液分散物进行冷却并添加凝固溶剂,从而使纤维素溶液分散物中的纤维素凝固而得到多孔质粒子。
<2>根据<1>所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,包括清洗工序,该工序中清洗经过凝固工序而得到的多孔质粒子。
<3>根据<1>或<2>所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,包括交联工序,该工序中在经过凝固工序而得到的多孔质粒子中形成交联结构。
<4>根据<3>所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,在交联工序前后的至少任一时刻进行清洗工序。
<5>根据<4>所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,在交联工序之前进行清洗工序。
<6>根据<5>所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,清洗工序为将多孔质粒子的干燥质量1kg中含有的锂离子及溴离子的含量分别设为800mmol以下的工序。
<7>根据<3>~<6>中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,交联工序为在经过凝固工序而得到的多孔质粒子中使用环氧氯丙烷形成交联结构的工序。
<8>根据<1>~<7>中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,包含于溴化锂水溶液中的溴化锂的含量为50质量%以上且70质量%以下。
<9>根据<1>~<8>中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,包含于纤维素溶液中的纤维素的含量为1质量%以上且15质量%以下。
<10>根据<1>~<9>中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,将纤维素溶液分散物进行冷却时的冷却速度为0.2℃/分钟以上且50℃/分钟以下。
<11>根据<1>~<10>中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,包括冻结干燥工序,该工序中使纤维素多孔质粒子冻结干燥而得到冻结干燥纤维素多孔质粒子。
<12>一种纤维素多孔质粒子,其通过<1>~<11>中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法而得到。
<13>根据<12>所述的纤维素多孔质粒子,其中,由通过微小硬度计测定的5%应变时的荷载算出的纤维素多孔质粒子的弹性模量为8MPa以上。
<14>根据<12>或<13>所述的纤维素多孔质粒子,其中,冻结干燥纤维素多孔质粒子,并通过压汞法测定的平均细孔径为10nm以上且2000nm以下。
<15>根据<12>~<14>中任一项所述的纤维素多孔质粒子,其中,冻结干燥纤维素多孔质粒子,并通过压汞法测定的比表面积为140m2/g以上。
<16>根据<12>~<15>中任一项所述的纤维素多孔质粒子,其中,体积平均粒径为1μm以上且2000μm以下。
<17>根据<12>~<16>中任一项所述的纤维素多孔质粒子,其中,将纤维素多孔质粒子进行干燥而得到的干燥粒子1kg中含有的锂离子含量为0.0001mmol以上且100mmol以下。
<18>根据<12>~<17>中任一项所述的纤维素多孔质粒子,其中,将纤维素多孔质粒子进行干燥而得到的干燥粒子1kg中含有的溴离子含量为0.0001mmol以上且100mmol以下。
在本说明书中使用“~”表示的数值范围是指将记载于“~”前后的数值作为下限值及上限值而包括的范围。
在本说明书中“工序”的术语,不仅是独立的工序,而且在与其它工序无法明确区別的情况下,若可实现工序的预期目标,则可包含于该术语中。
本说明书中在提及关于组合物中的各成分的量的情况、组合物中存在几种相当于各成分的物质的情况下,若无特别说明,则指存在于组合物中的几种物质的合计量。
发明效果
根据本发明能够提供一种比表面积较大、具有受控制的细孔且机械强度良好的纤维素多孔质粒子的制造方法、及比表面积较大、具有受控制的细孔且机械强度良好的纤维素多孔质粒子。
附图说明
图1是以200倍的倍率对实施例10中得到的纤维素多孔质粒子进行拍摄的扫描式电子显微镜照片。
图2是以3万倍的倍率对实施例10中得到的纤维素多孔质粒子进行拍摄的扫描式电子显微镜照片。
具体实施方式
以下,对本发明的具体的实施方式进行详细说明,但本发明并不受以下实施方式的任何限定,在本发明的目标范围内可适当地进行变更而实施。
本发明的纤维素多孔质粒子的制造方法包括:(I)纤维素溶液制备工序,使纤维素溶解于溴化锂水溶液中而制备纤维素溶液(以下,有时称作纤维素溶液制备工序);(II)分散物制备工序,使纤维素溶液分散于有机分散介质中而制备纤维素溶液分散物(以下,有时称作分散物制备工序);及(III)凝固工序,将纤维素溶液分散物进行冷却并添加凝固溶剂,从而使纤维素溶液分散物中的纤维素凝固而得到多孔质粒子(以下,有时称作纤维素凝固工序或凝固工序)。
以下,按工序顺序对本发明的制造方法进行详细说明。
(I)纤维素溶液制备工序,使纤维素溶解于溴化锂水溶液中而制备纤维素溶液(纤维素溶液制备工序)
[纤维素]
作为在本发明中使用的纤维素,若为溶解于后述溴化锂水溶液中的纤维素,则可以无特别限制地使用。
作为可以使用于本发明的纤维素,可以举出例如结晶性纤维素粉末、再生纤维素、乙酸纤维素等取代纤维素等。
纤维素可以单独使用1种,也可以并用2种以上。
其中,为了所制造出的纤维素多孔质粒子获得实际应用上优选等级的机械强度,在纤维素溶液的制备中使用的纤维素优选为结晶性纤维素或再生纤维素,更优选为结晶性纤维素。
纤维素的平均聚合度优选为30以上且2000以下。若纤维素的平均聚合度为2000以下,则可以抑制纤维素溶解时溶液的高粘度化,因此优选。纤维素的平均聚合度为30以上,则所得到的纤维素多孔质粒子的机械强度成为实际应用上充分的等级,因此优选。
更优选的聚合度的范围为40以上且1500以下,进一步优选50以上且1000以下,尤其优选100以上且850以下。
纤维素的平均聚合度能够通过日本专利公开平6-298999号公报段落号[0032]中记载的方法而测定。更具体而言,能够以B.DALBE,A.PEGUY等“CELLULOSECHEMISTRYANDTECHNOLOGY”Vol.24、No.3、P327-331(1990年)中记载的方法为基准进行测定。即,该文献中记载的测定方法中,将N-甲基吗啉-N-氧化物的水和物、二甲基亚砜、没食子酸丙酯分别以重量比100/150/1的比例混合的溶剂用作溶解纤维素的溶剂,将纤维素溶解为0.2g/100mL~0.8g/100mL的浓度,并使用乌伯娄德型稀释粘度计在温度34℃下测定所得到纤维素溶液的固有粘度,并通过下述粘度公式(1)来确定纤维素的聚合度。
粘度公式(1)[η]=1.99×(DP)v0.79
在粘度公式(1)中,[η]表示固有粘度,(DP)v表示纤维素的聚合度。
纤维素可以使用市售品。在使用市售品的情况下能够参考记载于小册子中的平均聚合度。
作为可以使用于本发明的纤维素的市售品,可以举出例如Asahi KaseiCorporation.制、CEOLUS(注册商标)PH101(商品名称:平均聚合度220)、其它CEOLUS的各种PH等级、各种KG等级、各种UF等级、NIPPON PAPER INDUSTRIES CO.,LTD.制、KC FLOCK W-400G(商品名称:平均聚合度350)、KC FLOCK W-300G(商品名称:平均聚合度370)、KC FLOCKW-200G(商品名称:平均聚合度510)、KC FLOCK W-100G(商品名称:平均聚合度720)、KCFLOCK W-50G(商品名称:平均聚合度820)、sulfite pulpNDPT(商品名称:平均聚合度1000)等。
[溴化锂水溶液]
通过将溴化锂溶解于水中而制备溴化锂水溶液。从杂质较少的观点考虑,作为溶剂而使用的水优选使用离子交换水、纯水等。
包含于溴化锂水溶液中的溴化锂的含量优选50质量%~70质量%,更优选54质量%~69质量%,进一步优选56质量%~68质量%。
溴化锂的含量为50质量%以上,则纤维素的溶解性良好,为70质量%以下,则溴化锂晶体充分溶解,不溶解物质的残留、溴化锂晶体的析出等得到抑制。
根据需要,边搅拌边将溴化锂溶解于水中而进行溴化锂水溶液的制备。溴化锂水溶液的制备可以在室温(25℃)下进行,根据需要也可以在0℃~80℃左右实施。
[纤维素溶液的制备]
在所得到的溴化锂水溶液中溶解纤维素,制备出纤维素基于溴化锂水溶液的溶解液(以下,有时称作纤维素溶液)。
在使纤维素溶解于溴化锂水溶液时,将溴化锂水溶液加热至80℃~150℃,根据需要,边搅拌边溶解纤维素即可。作为溶解时的温度更优选85℃~140℃的范围,进一步优选90℃~130℃的范围。
在纤维素溶液的制备中使用的溴化锂水溶液对纤维素的溶解性优异,因此与例如通过硫氰酸钙方法制备纤维素溶液时相比纤维素的溶解速度变快,溶解所需加热时间缩短。从而,可降低纤维素溶液的制备工序中的由加热引起的纤维素的着色,这也是本发明的优点之一。
并且,使用溴化锂水溶液来溶解纤维素而得到的纤维素溶液的粘度比通过硫氰酸钙方法得到的纤维素溶液低。因此,本发明的制造方法具有可以容易控制在以下详细叙述的分散物制备工序中形成的纤维素粒子的粒径及多孔质粒子中的空隙的优点。
相对于在纤维素溶液制备工序中制备的纤维素溶液总量,纤维素的含量优选为1质量%~15质量%的范围,更优选1.5质量%~12质量%,进一步优选2质量%~10质量%。
纤维素溶液中的纤维素的含量为1质量%以上,则可适当地维持纤维素溶液的粘度且流动性良好,在下一个工序中制备分散物时不易产异型粒子。并且,纤维素溶液中的纤维素的含量为15质量%以下,则可适当地维持纤维素溶液的粘度且操作性良好。
(II)分散物制备工序,使纤维素溶液分散于有机分散介质中而制备纤维素溶液分散物(分散物制备工序)
在分散物制备工序中,将在(I)纤维素溶液制备工序中得到的纤维素溶液添加于有机分散介质中,通过分散法制备出将球状的纤维素溶液分散于有机分散介质中的纤维素溶液分散物。在本说明书中,在将纤维素溶液设为分散相的分散物中,将含有有机分散介质,并形成连续相的成分称作“分散介质”。分散介质含有后述有机分散介质,根据需要也可以含有表面活性剂、分散剂等。
通过分散法得到球状的纤维素溶液分散物的方法,可以举出例如在分散介质中添加纤维素溶液,并通过搅拌等操作进行乳化处理、分散处理等的方法。如以下进行的详细叙述,乳化处理、分散处理等能够通过常规方法进行。
[分散介质]
在分散物制备工序中,在分散物的制备中使用的分散介质中含有与纤维素溶液的相溶性较低的有机分散介质,具体而言,含有从与包含于纤维素溶液中的溶剂的相溶性较低的有机分散介质中进行选择的有机分散介质。
从将纤维素溶液的分散相设为更均匀的观点考虑,添加纤维素溶液的分散介质除了含有有机分散介质以外,优选还含有表面活性剂。
作为与纤维素溶液的相溶性较低的有机分散介质,优选在室温(25℃)下呈液体状,并与前一个工序中得到的纤维素溶液以任意的比例进行搅拌并混合,在室温(25℃)下静放5分钟之后,从通过肉眼观察可确认相分离的有机溶剂及油性成分中选择的1种以上的有机分散介质。
通过使用与纤维素溶液的相溶性较低的有机分散介质,在进行分散处理时,在分散介质中形成纤维素溶液呈球状分散的分散相。
作为有机分散介质,可以举出二氯苯、二氯乙烷、甲苯、苯、二甲苯等亲油性有机溶剂;中链脂肪酸甘油三脂(MCT)等食用油;橄榄油、蓖麻油、菜籽油、芥子油、棕榈油、椰子油、角鲨烷等天然油;异硬脂醇、油醇、2-辛基十二烷醇等具有碳原子数4~36的烷基的醇;三辛酸甘油酯等碳原子数4~60的酯,另外,可以举出液体石蜡、硅油、动物油、矿物油等,其中,优选选自由二氯苯、甲苯、二甲苯、橄榄油、蓖麻油、菜籽油、硅油、三辛酸甘油酯及液体石蜡构成的组的1种以上的有机分散介质,从具有适当的粘度且能够将分散状态设为更稳定的观点考虑,更优选为液体石蜡、橄榄油等。
[表面活性剂]
作为在分散物制备工序中使用表面活性剂时的表面活性剂,当将选自已述有机溶剂及油性成分的1种以上有机分散介质设为所含有的分散介质,制备将纤维素溶液设为分散相的分散物时,选择具有能够有助于稳定分散相的亲水基、疎水基的比例的表面活性剂即可。
作为可使用于本发明的表面活性剂,可以举出例如山梨糖醇酐脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯。
作为山梨糖醇酐脂肪酸酯,具体而言,可以举出山梨糖醇酐月桂酸酯、山梨糖醇酐硬脂酸酯、山梨糖醇酐油酸酯、山梨糖醇酐棕榈酸酯、山梨糖醇酐三油酸酯等山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯(20)山梨糖醇酐单月桂酸酯、聚氧乙烯(4)山梨糖醇酐单硬脂酸酯、聚氧乙烯(5)山梨糖醇酐单油酸酯、聚氧乙烯(4)山梨糖醇酐三硬脂酸酯、聚氧乙烯(4)山梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯(20)山梨糖醇酐单硬脂酸酯等聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯等。另外,上述表面活性剂的名称中()内的数值表示聚氧乙烯链中的氧乙烯基的连接数。
作为甘油脂肪酸酯,可以举出甘油单月桂酸磷酸酯、甘油单油酸酯、甘油单硬脂酸酯、甘油单棕榈酸酯等单甘油酸酯;甘油丁酸酯聚甘油脂肪酸酯、聚甘油缩合蓖麻油酸酯等聚甘油脂肪酸酯。聚甘油脂肪酸酯通过控制脂肪酸的种类、甘油的聚合数等而能够作为亲水性表面活性剂或疎水性表面活性剂。
在分散物制备工序中可使用的表面活性剂中,从更容易控制分散粒子的粒径的观点考虑,更优选山梨糖醇酐月桂酸酯、山梨糖醇酐棕榈酸酯、山梨糖醇酐硬脂酸酯、山梨糖醇酐油酸酯、甘油单硬脂酸酯、甘油单棕榈酸酯等。
在分散物制备工序中,表面活性剂优选预先适量添加于有机分散介质中进行使用。
作为表面活性剂的含量,优选相对于分散介质总量在0.01质量%~10质量%的范围,更优选0.05质量%~5质量%的范围,进一步优选0.1质量%~3质量%的范围。表面活性剂的含量在上述范围内,则容易形成具有纤维素溶液的均匀的粒径的液滴。并且,表面活性剂的含量在上述范围,则可以充分地获得基于添加表面活性剂的效果,并可以抑制产生分散相的凝聚。
并且,在制备分散物时,在分散介质中除了添加表面活性剂之外,例如还可以溶解除了乙基纤维素等表面活性剂以外的公知的分散剂而进行使用。分散介质含有乙基纤维素等分散剂,则能够根据目的改变分散介质的粘度。从而,通过调整分散介质的粘度而能够将纤维素溶液的分散粒子的粒径更容易控制为所希望的值。
[液比例]
分散物制备工序中的通过纤维素溶液而形成的分散相与分散介质的体积比,只要在进行乳化处理等分散处理操作时,在可形成将纤维素溶液设为分散相的分散物的范围内就无特别限定。分散相(纤维素溶液)与分散介质的体积比(分散相/分散介质)为1.0以下,则可以抑制产生异型粒子,因此优选。分散相与分散介质的体积比更优选为0.7以下,进一步优选为0.5以下。
[分散物的制备]
作为制备分散物的方法,能够任意地选择并应用公知的方法。作为在制备分散物时使用的方法,可以举出将纤维素溶液和分散介质进行混合,并对所获得的混合物赋予剪切力而使其分散的方法。作为赋予剪切力的方法,可以举出使用螺旋桨式搅拌机或涡轮式搅拌机等混合器的方法、使用胶体磨的方法、使用均质器的方法及照射超声波的方法等。
分散物中的球状纤维素分散相的粒径能够通过常规方法控制分散物的制备条件而进行控制,所述制备条件例如包括所使用的分散装置、剪切力的赋予条件、制备分散物时的温度、分散时间等各种条件。
例如,通常,存在提高所赋予的剪切力、提高制备分散物时的温度、延长分散时间等,则分散相的粒径变小的趋势。
[温度]
若为不产生纤维素的热分解的温度,则分散物制备工序中的温度条件无特别限定。从可有效地制备均匀的分散物的观点考虑,优选纤维素溶液分散物的温度在80℃~150℃的范围,更优选85℃~140℃,进一步优选90℃~130℃。
优选将根据需要预先含有表面活性剂、分散剂等的分散介质进行加热而设为上述温度范围之后添加纤维素溶液,从而进行分散物的制备。
在分散物制备工序中,优选到工序结束为止将分散介质维持上述温度范围。
[分散时间]
分散时间由所使用的分散装置、目标分散相的粒径可适当地调整。例如在分散物的制备中使用混合器的情况下,分散时间在转速100rpm~2000rpm的搅拌条件下优选设为1分钟~60分钟的范围。
在通过分散物制备工序中制备的纤维素溶液而形成的分散相的粒径,可以根据纤维素多孔质粒子的用途适当地选择。在分散物的制备中形成的分散相的粒径将决定所得到的纤维素多孔质粒子的粒径。关于纤维素多孔质粒子的优选粒径将在后面进行叙述,但在分散物制备工序中优选选择能够获得粒径符合目标纤维素多孔质粒子的粒径的分散相的分散条件。
分散相的粒径除了已述物理的分散物的制备条件以外,也可以通过例如在制备分散物时使用的表面活性剂的种类及量、分散剂的种类及量等,并通过常规方法进行控制。
分散相的粒径可以在下述冷却工序之后,分散相被凝胶化而形状稳定的状态下,在常温下使用光学显微镜能够测定。
(III)凝固工序,将纤维素溶液分散物进行冷却并添加凝固溶剂,以使纤维素溶液分散物中的纤维素凝固(纤维素凝固工序)
通过纤维素凝固工序而得到的多孔质粒子为具有溶解并包含于纤维素溶液分散物的分散相中的纤维素通过与凝固溶剂接触而凝固形成的多孔质结构的粒子,所得到的粒子中残留有杂质。以下,将通过纤维素凝固工序得到的,杂质残留于粒子内的多孔质粒子适当地称作“未提纯的多孔质粒子”。
[冷却]
在纤维素凝固工序中,将在已述分散物制备工序中根据优选方式通过将在80℃~150℃的温度下制备的纤维素溶液分散物进行冷却,从而进行包含于分散相中的纤维素的凝胶化。
如以下详述,优选进行冷却至分散物的温度成为0℃~80℃的范围。
若到目标温度为止的冷却时间延长,则有可能存在因分散相的形状变化而产生异型粒子,或者成为凝胶状的纤维素粒子着色的忧患。若冷却时间过短,则无法获得机械强度较大的粒子。
从已述观点考虑,优选根据目的控制冷却速度。具体而言,优选冷却速度为0.2℃/分钟~50℃/分钟,更优选0.5℃/分钟~20℃/分钟,进一步优选1.0℃/分钟~10℃/分钟。
所得到的纤维素粒子中的纤维素的结晶度能够通过调节冷却速度而进行控制。例如通过加大冷却速度能够降低结晶度,通过减小冷却速度能够提高结晶度。
通过将结晶度抑制为较低能够得到各向异性较少的粒子,通过提高结晶度能够得到机械强度优异的粒子。
在已述分散相/分散介质的优选体积比和温度条件下,在制备分散物之后,将冷却分散物时的冷却速度设为上述优选冷却速度,在进行冷却时,通过以一定的搅拌速度例如100rpm~2000rpm持续进行分散物的搅拌,由分散形成的纤维素溶液构成的分散相被凝胶化,形成粒径均匀且接近于圆球的粒子。
另外,上述搅拌速度为一个例子,通过所使用的分散介质的种类、纤维素原料、纤维素溶液的浓度及粘度、搅拌机中的搅拌叶片的形状及大小、反应容器的种类等可适当地选择搅拌条件。另外,按照目标纤维素多孔质粒子的粒径、结晶度可适当地选择冷却速度、搅拌条件等。
[凝固]
含有如二氯苯一样与含有水的纤维素溶液的相溶性较低或者无相溶性的有机分散介质的分散介质,不会与纤维素溶液不引起相分离而均匀地混合,或者不会与纤维素溶液相溶。因此对在分散物制备工序中形成之后通过冷却而被凝胶化的含有溴化锂水溶液的分散物中添加凝固溶剂,使分散相中的纤维素凝固,并从分散相分离去除溴化锂。
作为凝固溶剂,使用可溶解溴化锂盐的溶剂。
作为凝固溶剂,优选乙醇、甲醇、异丙醇等碳原子数1~5的低级醇;丙酮、甲乙酮等酮;乙酸乙酯等酯;四氢呋喃等醚;及水等。
凝固溶剂可以单独使用,或者也可以并用2种以上。
被冷却的分散物成为0℃~80℃左右的温度之后,通过使分散物与凝固溶剂接触,分散相中的纤维素凝固且纤维素再生。
被冷却的分散物的温度优选0℃~80℃的范围,更优选1℃~70℃的范围,进一步优选2℃~60℃的范围。通过将冷却后的分散物的温度设为上述范围而形成良好的形状的球状凝固粒子,制造所需时间也成为适当的范围。
在纤维素的凝固工序中,为了从分散相去除溴化锂而再生纤维素,除了已述对分散物添加凝固溶剂的方法以外,还可以通过直接将分散物注入到凝固溶剂中而轻轻地搅拌的方法进行纤维素的凝固。并且,也可以采用例如由倾析法、过滤等方式去除大部分分散介质之后,通过将进行分取的分散相注入到凝固溶剂中轻轻地搅拌而进行纤维素的凝固的方法、使用凝固溶剂将被去除分散介质的分散相进行分取,清洗分散相而得到多孔质粒子的方法等。
以下,有时将从分散相去除溴化锂的处理称作脱盐处理。
通过倾析法、过滤等去除凝固溶剂而得到的多孔质粒子为含有分散介质、凝固溶剂等有机溶剂、溴化锂盐及根据需要而使用的表面活性剂以外的分散剂、表面活性剂等杂质的粒子。
当纤维素凝固时,由纤维素溶液构成的分散相的粒子形状不会有很大变化,纤维素凝固而形成多孔质粒子。从而,在本发明的制造方法中,通过控制分散物中的分散相的粒径而能够控制所获得的纤维素多孔质粒子的粒径。
所获得的纤维素多孔质粒子的大小,可以根据例如制备分散物时的各种条件,分散物与凝固溶剂接触时的搅拌条件、制备分散物时使用的表面活性剂的种类、制备分散物时使用的表面活性剂以外的分散剂的种类等并通过常规方法进行控制。
本发明的制造方法中无需使用具有腐蚀性的硫氰酸钙等化合物。并且,根据本发明的制造方法具有如下优点,即通过不包括将纤维素本身进行皂化等的对纤维素本身进行改性的工序的方法,能够按所希望的粒径简单且有效地制造比表面积较大的纤维素多孔质粒子。
(IV)附加的任意工序
本发明的纤维素多孔质粒子的制造方法,除了已述各工序以外,还可以具有如以下例示的附加的任意工序。
作为任意工序,可以举出:清洗工序,在凝固工序之后,将未提纯的多孔质粒子进行清洗,以去除杂质;交联工序,在多孔质粒子中形成交联结构,得到提高了粒子强度的纤维素多孔质粒子;冻结干燥工序,用于充分干燥经过清洗工序及交联工序中至少任一种工序而得到的湿润状态的纤维素多孔质粒子;等。
(IV-1)清洗工序
在本发明中,优选包括清洗工序,该工序中将经过所述凝固工序而得到的多孔质粒子进行清洗。
清洗工序为将经过凝固工序的得到的未提纯的多孔质粒子通过包括水、水性溶剂等的清洗液进行清洗而去除杂质,从而得到被提纯的纤维素多孔质粒子的工序。
在经过凝固工序而得到的未提纯的多孔质粒子中含有来源于在制备纤维素溶液时使用的溴化锂的溴离子、锂离子、以及在形成分散相时使用的溶剂等各种杂质。
并且,对多孔质粒子进行后述交联工序之后,在多孔质粒子中将含有交联剂、表面活性剂、溶剂等各种杂质。
因此,优选对多孔质粒子实施清洗工序而去除杂质。
在进行后述交联工序的情况下,能够在交联工序前后的至少任一时刻进行清洗工序。
从交联工序中的提高交联反应效率的观点考虑,优选在交联工序之前实施清洗工序。并且,更优选在交联工序之前及之后进行清洗工序。
在清洗工序中使用的清洗液能够含有选自由水、甲醇、乙醇等有机溶剂构成的组的至少1种。作为清洗液的主要成分,优选为水、乙醇及水和乙醇的混合物,更优选为水。
根据目的,在清洗液中还可以含有表面活性剂等添加剂。
用作清洗液的水并无特别限制,但从杂质较少的观点考虑,优选为蒸馏水、离子交换水、纯水等。
清洗工序中的清洗方法可以不受限制地适用公知的方法。作为清洗方法,可以举出例如:使多孔质粒子与清洗液接触而进行清洗,之后,将被清洗的纤维素多孔质粒子和清洗液进行分离的方法;及对配置于透液性容器内的多孔质粒子连续供给清洗液进行清洗的方法等。
在使多孔质粒子与清洗液接触而进行清洗的情况下也可以进行搅拌清洗液的操作。并且,也可以更换清洗液进行2次以上。在使多孔质粒子与清洗液接触而进行清洗的情况下,从清洗性变得更良好的观点考虑,优选所使用的清洗液的量为与多孔质粒子充分接触的量。
经过清洗工序而去除杂质的纤维素多孔质粒子可以直接使用于各种用途。
(IV-2)交联工序
为了进一步提高通过本发明的制造方法而得到的纤维素多孔质粒子的强度,本发明的制造方法中也可以具有交联工序,该工序对所得到的纤维素的多孔质粒子使用交联剂在纤维素中形成交联结构。
由于具有交联结构的纤维素多孔质粒子的强度特别优异,因此在高线速度下、高压力下也适合使用。
在交联工序中使用的交联剂及交联反应条件并无特别限制,可以考虑到对所得到的纤维素多孔质粒子赋予必要强度的条件而使用公知的技术。
作为可使用于交联工序中的交联剂,可以举出环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、二氯丙醇等卤代醇;三羟甲基丙烷三缩水甘油醚等三羟甲基丙烷聚缩水甘油醚、甘油聚缩水甘油醚、季戊四醇聚缩水甘油醚、二甘油聚缩水甘油醚、聚甘油聚缩水甘油醚、山梨糖醇聚缩水甘油醚等多官能性多环氧化物。其中,从进一步提高纤维素多孔质粒子的强度的观点考虑,作为交联剂优选使用环氧氯丙烷。
通过使在凝固工序中得到的多孔质粒子与含有交联剂的碱性水溶液或有机溶剂接触,且在0℃~90℃的温度范围内经1小时~24小时充分反应的方法,从而能够进行交联工序。
交联剂的含量并无特别限制,但优选相对于多孔质粒子1容量份为0.1容量份~10容量份的范围。并且,为了提高反应效率,优选在含有交联剂的碱性水溶液或有机溶剂中含有硼氢化钠等还原剂。
通过对多孔质粒子实施交联工序,构成多孔质粒子的纤维素形成交联结构,其结果,经过交联工序而得到的纤维素多孔质粒子与清洗多孔质粒子而得到的纤维素多孔质粒子相比强度进一步提高。
优选在实施已述交联工序之前进行利用清洗液来清洗在凝固工序中得到的多孔质粒子的已述清洗工序。
在多孔质粒子中包含有来源于溴化锂的溴离子、锂离子、以及溶剂等各种杂质。
根据本发明人等的研究可知,在进行交联工序时,若在多孔质粒子中残留有溴离子、锂离子等,则存在纤维素分子彼此的凝聚及由交联剂引发的纤维素彼此的交联结构的形成受到阻碍的忧患。另一方面,认为由于锂离子、溴离子等的残留量较少,因此纤维素分子彼此的凝聚变得牢固,形成牢固的交联结构,所得到的纤维素多孔质粒子能呈现出更良好的机械强度。
从而,从得到机械强度更高的纤维素多孔质粒子的观点考虑,优选在凝固工序之后且交联工序之前进行已述清洗工序而去除多孔质粒子中的杂质之后实施交联工序。
在交联工序之前进行的清洗工序中使用的清洗液优选含有水。在清洗液中除了水以外还可以含有选自亲水性溶剂及表面活性剂等的1种以上的成分。其中,作为清洗液,优选为选自蒸馏水、离子交换水、纯水等的水。
在交联工序之前的清洗工序中,从进一步提高交联结构的形成效率的观点考虑,优选清洗至包含于多孔质粒子中的锂离子及溴离子分别在多孔质粒子的干燥质量每1kg中成为2000mmol以下为止。更优选锂离子及溴离子分别在多孔质粒子的干燥质量每1kg中为1000mmol以下,进一步优选800mmol以下,尤其优选200mmol以下。
交联工序前的多孔质粒子中所包含的锂离子及溴离子的含量的测定对象即经过干燥的多孔质粒子可以通过如下方式得到。
使乙醇等溶剂与经过凝固工序得到的湿润状态的多孔质粒子接触,在用乙醇等进行溶剂取代之后,进一步用叔丁醇对乙醇进行溶剂取代,之后,在-18℃以下进行冻结,从而能够得到通过常规方法进行冻结干燥的经过干燥的多孔质粒子。将所得到的经过干燥的多孔质粒子作为试料而测定锂离子及溴离子的含量。
多孔质粒子中的残留锂离子的测定,可以使用ICP发射光谱分析装置(Optima7300DV、Perkin Elmer Co.,Ltd.制)在装置的标准条件下进行。如下进行测定,对经过干燥的多孔质粒子用酸(硝酸的70质量%水溶液)进行溶液化,并确定包含于溶液中的锂离子,算出在多孔质粒子的干燥质量每1kg中的锂离子含量。
多孔质粒子中的残留溴离子的测定,可以使用燃烧式卤素分析装置(AQF-100、Mitsubishi Chemical Analytech Co.,Ltd.制)在装置的标准条件下进行。将经过干燥的多孔质粒子进行燃烧,并将所产生的溴气吸收到吸収液(过氧化氢水)中。溴离子的确定是使用离子色谱仪(ICS-1500、Nippon Dionex K.K.制)进行的,算出在多孔质粒子的干燥质量每1kg中的溴离子含量。
如上所述,在交联工序之前的清洗工序中,优选以所测定的锂离子及溴离子的含量分别成为2000mmol以下的方式进行清洗。清洗方法并无特别限制,只要能够实现锂离子及溴离子的含量降低的目的,则可以任意地适用公知的清洗方法。
作为清洗工序,例如可以通过含有充分量的水的清洗液进行1次水洗,也可以更换清洗液进行2次以上。
清洗工序中的水洗的次数、所使用的清洗剂的量、清洗条件等,可以考虑所需要纤维素多孔质粒子的强度、杂质含量的降低量的目标而适当地确定。
优选在交联工序之后进一步进行已述清洗工序,以去除在形成交联结构的纤维素多孔质粒子中残留的交联剂、溶剂等杂质。
(IV-3)冻结干燥工序
为了从所得到的纤维素多孔质粒子去除残留于粒子内的清洗液、溶剂等液体状成分、得到经过干燥的纤维素多孔质粒子,可以进一步实施将纤维素多孔质粒子进行冻结干燥而得到冻结干燥纤维素多孔质粒子的冻结干燥工序。
冻结干燥工序可以包括:溶剂取代工序,首先,使乙醇等与湿润状态的纤维素多孔质粒子接触,在用乙醇等对包含于纤维素多孔质粒子中的水分等进行溶剂取代之后,进而进行用叔丁醇对乙醇进行溶剂取代的处理;及冻结干燥工序,将溶剂取代工序之后的纤维素多孔质粒子在-18℃以下进行冻结,并通过常规方法进行冻结干燥。
通过根据需要进行冻结干燥工序而可以得到不含有水、有机溶剂等液体状成分的经过干燥的纤维素多孔质粒子。
如后面所述,在测定纤维素多孔质粒子的比表面积、细孔径等的情况下,优选使用经过冻结干燥的纤维素多孔质粒子。
[纤维素多孔质粒子]
本发明的纤维素多孔质粒子为通过已述本发明的纤维素多孔质粒子的制造方法而得到的纤维素多孔质粒子。
本发明的纤维素多孔质粒子为均匀的球状,在球状的分散相中具有细孔并为机械强度良好的多孔质粒子,所述细孔通过从包含经过凝固工序而再生的纤维素的多孔质粒子中去除溴化锂等而形成。
通过本发明的制造方法而得到的纤维素多孔质粒子呈均匀的球状,内部具有细孔且机械强度良好,因此可使用于各种用途。
以下,举例本发明的纤维素多孔质粒子的优选物性。
[体积平均粒径]
纤维素多孔质粒子的大小并无特别限定,但优选体积平均粒径为1μm以上且2000μm以下。
纤维素多孔质粒子的体积平均粒径更优选为5μm以上,进一步优选为10μm以上。纤维素多孔质粒子的体积平均粒径更优选为500μm以下,进一步优选为200μm以下,尤其优选为150μm以下。
在将纤维素多孔质粒子作为例如提纯用吸附体的载体使用的情况下,体积平均粒径优选为20μm以上且1000μm以下。若纤维素多孔质粒子的体积平均粒径为20μm以上,则不易引起纤维素多孔质粒子的固结化,因此优选,若为2000μm以下,则使用于提纯用吸附体的载体时的提纯目标物的吸附量变大,因此优选。
通过测定随机选择的1000个纤维素多孔质粒子的粒径而能够求出纤维素多孔质粒子的体积平均粒径。通过拍摄各多孔质粒子的显微镜照片而作为电子数据进行保存,并使用美国国立卫生研究所制ImageJ等图像处理软件而能够分析各多孔质粒子的粒径。作为显微镜照片的摄影对象粒子,可以使用湿润状态的纤维素多孔质粒子或经过冻结干燥的纤维素多孔质粒子。
在本发明中,若无特别说明则使用水分散的湿润状态的纤维素多孔质粒子来测定体积平均粒径。显微镜照片使用将纤维素多孔质粒子的水分散物施加于标本上并用盖玻片覆盖之后进行拍摄的照片。
纤维素多孔质粒子的体积平均粒径能够使用激光衍射/散射式粒径分布测定装置、库尔特计数器进行测定。
在本说明书中,纤维素多孔质粒子的粒径采用使用美国国立卫生研究所制图像处理软件“ImageJ”对拍摄纤维素多孔质粒子的显微镜照片的电子数据进行分析的值。
[平均细孔径]
本发明的纤维素多孔质粒子的细孔径,以平均细孔径计优选为10nm以上且2000nm以下。纤维素多孔质粒子的细孔径更优选为20nm以上且1000nm以下,进一步优选为50nm以上且800nm以下,尤其优选为50nm以上且600nm以下。
在所得到的纤维素多孔质粒子的细孔径在上述范围内,例如作为色谱载体、过滤材料等使用的情况下,能够充分进行作为试料而适用的物质的扩散,且纤维素多孔质粒子具有如下较高的比表面积,因此可显现优异的吸附性能。
[比表面积]
纤维素多孔质粒子的比表面积优选140m2/g以上,更优选150m2/g以上,160m2/g以上,尤其优选180m2/g以上。
比表面积的上限并无特别限制,但若比表面积过大,则有时会阻碍粒子内的物质扩散,因此从抑制阻碍粒子内的物质扩散的观点考虑优选1000m2/g以下。
例如在比表面积为140m2/g以上的情况下,例如作为色谱的载体情况等吸附性能进一步提高。
根据本发明的制造方法,其最大特征在于,通过调整已述诸多条件而能够制备具有任意的粒径及比表面积的纤维素多孔质粒子。
[弹性模量]
若考虑将本发明的纤维素多孔质粒子使用于过滤材料等,则纤维素多孔质粒子优选具有满足实际应用上的所需程度的良好的机械强度。
本发明中的纤维素多孔质粒子的“机械强度”是指纤维素多孔质粒子对压力不易变形的强度。
作为纤维素多孔质粒子的机械强度的标准可举出弹性模量。本发明的纤维素多孔质粒子的弹性模量优选为8.0MPa以上,更优选为8.5MPa以上,进一步优选为9.0MPa以上。
(弹性模量的测定方法)
能够由以下方法测定纤维素多孔质粒子的弹性模量。
使用微小硬度计(Fischer Instruments K.K.制微小硬度计Fischer Scope(注册商标)HM2000:商品名称),并使用200μm角平面压头,以压缩速度1μm/s将纤维素多孔质粒子的水分散物作为对象进行压缩试验,求出纤维素多孔质粒子的5%应变时的荷载。
在微小硬度计的测定板上设置在周缘部设置用于保持液体的框的玻璃板,在玻璃板的框内配置纤维素多孔质粒子的水分散物,并添加水直至框内填充水1mm深度为止,在纤维素多孔质粒子完全沉浸于水中的状态下进行测定。在使用微小硬度计的压缩试验中,通过附带的显微镜来测定成为测定对象的1个粒子的半径,并测定通过平面压头以1μm/秒按压时的按压深度与荷载的关系。
在计算弹性模量时使用赫兹公式。
赫兹的接触应力是指对球面与球面、圆柱面与圆柱面、任意的曲面与曲面等的弹性接触部分施加的应力或压力。若将2个弹性球的半径分别设为R1、R2、纵弹性系数,即,将本说明书中的弹性模量设为E1、E2(Pa)、将泊松比设为ν1、ν2、将2个接触面的接近量设为δ(m),则接触力P(N)由以下式(1)表示。
[数学式1]
本发明中的测定为纤维素多孔质粒子的球面与平面压头的平面接触时的测定,在上述式(1)中,平面压头:E2=∞、R2=∞。并且,纤维素多孔质粒子的泊松比为ν1=0.5。考虑到粒子上下同时被压缩,接近量δ设为按压深度5%的一半2.5%。以上,将5%按压时的荷载的测定值设为P(N)且通过将粒子半径代入到R1(m)而算出弹性模量E1(MPa),并作为本发明中的纤维素多孔质粒子的弹性模量。
[离子含量]
在本发明的纤维素多孔质粒子中,所残留的锂离子含量及溴离子含量越少越优选,对离子含量的下限值并无特别限制。
在本发明的纤维素多孔质粒子中,从所得到的纤维素多孔质粒子的机械强度及对抗体提纯等杂质较少的用途的适合性的观点考虑,所残留的锂离子含量及溴离子含量分别在干燥粒子每1kg中优选为100mmol以下,进一步优选为50mmol以下,尤其优选为1mmol以下。
这是因为若锂离子及溴离子中至少任一种离子大量残留于纤维素多孔质粒子中,则在例如将纤维素多孔质粒子用作吸附用载体、各种色谱载体等的情况下,分离提纯物中将混入残留于纤维素多孔质粒子中的锂离子、溴离子,有可能导致提纯物的质量变差。在所得到的提纯物中包含作为杂质的离子的情况下,为了降低离子含量而需要增加提纯物的清洗次数,导致制造成本的增加,因此优选纤维素多孔质粒子中的锂离子及溴离子的含量如上所述均设为在经过干燥的纤维素多孔质粒子每1kg中100mmol以下的范围。
纤维素多孔质粒子中的锂离子含量及溴离子含量优选在干燥粒子每1kg中分别为0.0001mmol以上且100mmol以下。
若考虑纤维素多孔质粒子的生产率及使用通常的测定装置测定时的检测极限,锂离子含量及溴离子含量在干燥粒子每1kg中分别可以为0.01mmol以上且100mmol以下,也可以为0.1mmol以上且100mmol以下,也可以为1mmol以上且100mmol以下。
在锂离子或溴离子的含量的测定中使用的干燥纤维素多孔质粒子为,通过丙酮对水湿润状态的纤维素多孔质粒子进行溶剂取代且在40℃下进行5小时的干燥而制作的干燥纤维素多孔质粒子。
残留锂离子含量的测定,使用ICP发射光谱分析装置(Optima7300DV、PerkinElmer Co.,Ltd.制),且在装置的标准条件下进行。用酸(硝酸的70质量%水溶液)溶解干燥纤维素多孔质粒子而得到溶液,并确定所得到溶液中的锂离子而进行测定。
残留溴离子含量的测定,使用燃烧式卤素分析装置(AQF-100、MitsubishiChemical Analytech Co.,Ltd.制),且在装置的标准条件下进行。将干燥纤维素多孔质粒子进行燃烧,并将所产生的溴气吸收到吸収液(过氧化氢溶液)中,测定出吸収液中的溴离子的量。在溴离子的确定中使用离子色谱仪(ICS-1500、Nippon Dionex K.K.制)。
本发明的新型的纤维素多孔质粒子可以作为离子交换色谱、亲和色谱、大小排除色谱、分配色谱等各种色谱用载体、吸附材料、测试剂或生物反应器等的载体、光扩散用填充剂、细胞培养用支架部件等而利用。
实施例
以下,通过实施例对本发明进行更具体的说明,但本发明只要不脱离其主旨就不会限定于以下实施例。
[实施例1]
(纤维素溶液制备工序)
将结晶性纤维素粉末[KC Flock W-300G(商品名称)、平均聚合度370、NIPPONPAPER INDUSTRIES CO.,LTD.制]1.5g添加到60质量%的溴化锂水溶液50g中,在110℃下进行加热溶解而制备出纤维素溶液。
(分散物制备工序)
制备出在作为有机分散介质的二甲苯270mL中溶解作为表面活性剂的山梨糖醇酐单油酸酯[span80(商品名称)、Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制]0.3g的物质,从而制备出分散介质。接着,将所得到的分散介质加热到125℃,在被加热到125℃的分散介质中添加预先加热到110℃的上述纤维素溶液,并以转速400rpm进行了搅拌。将分散介质的温度维持125℃并继续搅拌10分钟而得到分散物。
(纤维素凝固工序)
将所得到的分散物经约1小时进行冷却直至达到室温(25℃)(冷却速度:1.7℃/分钟)。冷却之后,在维持转速的状态继续搅拌分散物,将作为凝固溶剂的甲醇250mL经10分钟进行滴落,使分散物中的分散相凝固。将分散相的凝固物进行吸附过滤而去除分散介质,接着,用甲醇100mL进行清洗并吸附过滤,从而得到通过凝固而再生纤维素的多孔质粒子。
(清洗工序)
将所得到的多孔质粒子放入烧杯中,添加蒸馏水100mL经30分钟进行搅拌而进行了清洗多孔质粒子的水洗处理。搅拌时使用了特氟龙(注册商标)(四氟乙烯)搅拌叶片。搅拌后通过吸附过滤而去除了清洗水。将至此的水洗处理设为1次,实施2次相同的水洗处理并结束清洗工序。在水洗处理之后,去除所残留的溶剂及盐,得到湿润状态的被提纯的凝固粒子,即未交联的纤维素多孔质粒子。
(交联工序)
清洗工序之后,在湿润状态的多孔质粒子10g中添加0.5摩尔的氢氧化钠水溶液10mL,在45℃下加热10分钟之后,添加硼氢化钠(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制)20mg、作为交联剂的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(Sigma-Aldrich Co.Ltd.制)10mL,并在45℃下反应3小时,在进行了水洗处理的多孔质粒子中所包含的纤维素中形成了交联结构。
之后,将包含形成有交联结构的纤维素多孔质粒子的反应液进行吸附过滤,分取了形成有交联结构的纤维素多孔质粒子。对所得到的纤维素多孔质粒子实施用蒸馏水100mL进行2次水洗处理的清洗工序,得到水湿润状态的纤维素多孔质粒子。
对水湿润状态的纤维素多孔质粒子的水分散物拍摄显微镜照片,由已述方法测定了体积平均粒径,所得到的纤维素多孔质粒子的体积平均粒径为85μm。
对所得到的水湿润状态的纤维素多孔质粒子进行丙酮取代,并通过以40℃加热5小时而进行干燥,得到干燥纤维素多孔质粒子0.6g。
(交联后纤维素多孔质粒子中的锂离子及溴离子的含量)
将在实施例1中得到的干燥纤维素多孔质粒子作为测定对象,并由已述方法测定了残留于干燥纤维素多孔质粒子中的锂离子、溴离子的含量,锂离子在干燥粒子每1kg中为0.82mmol,溴离子在干燥粒子每1kg中为0.90mmol。
[实施例2]
将在纤维素溶液制备工序中使用的60质量%的溴化锂水溶液替换为55质量%的溴化锂水溶液,除此以外,以与实施例1相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.5g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的纤维素多孔质粒子的体积平均粒径为80μm。
[实施例3]
将在纤维素溶液制备工序中使用的60质量%的溴化锂水溶液替换为67质量%的溴化锂水溶液,除此以外,以与实施例1相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.6g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为96μm。
[实施例4]
将在纤维素溶液制备工序中使用的结晶性纤维素粉末的使用量从1.5g变更为1.0g,除此以外,以与实施例1相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.4g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为64μm。
[实施例5]
将在纤维素溶液制备工序中使用的结晶性纤维素粉末的使用量从1.5g变更为3.0g,除此以外,以与实施例1相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.7g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为136μm。
[实施例6]
将在纤维素溶液制备工序中使用的结晶性纤维素粉末替换为[KC FLOCK W-50G(商品名称)、平均聚合度820、NIPPON PAPER INDUSTRIES CO.,LTD.制],除此以外,以与实施例1相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.6g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为142μm。
[实施例7]
将凝固工序中的凝固溶剂即甲醇替换为四氢呋喃,除此以外,以与实施例1相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.5g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为82μm。
[实施例8]
将在分散物制备工序中使用的有机分散介质即二甲苯替换为二氯苯,除此以外,以与实施例1相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.5g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为80μm。
[实施例9]
将在分散物制备工序中使用的有机分散介质即二甲苯替换为二氯苯,且将凝固工序中的凝固溶剂即甲醇替换为异丙醇,除此以外,以与实施例1相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.6g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为84μm。
[实施例10]
将在分散物制备工序中使用的有机分散介质即二甲苯替换为橄榄油,且将凝固工序中的凝固溶剂替换为丙酮,除此以外,以与实施例1相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.5g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为32μm。
[实施例11]
将在分散物制备工序中使用的有机分散介质即二甲苯替换为三辛酸甘油酯,且将凝固工序中的凝固溶剂即甲醇替换为乙醇,除此以外,以与实施例1相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.6g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为75μm。
[实施例12]
将在分散物制备工序中使用的有机分散介质即二甲苯替换为硅油,且将凝固工序中的凝固溶剂即甲醇替换为甲乙酮,除此以外,以与实施例1相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.5g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为72μm。
[实施例13]
将在分散物制备工序中使用的有机分散介质即二甲苯替换为二氯苯,除此以外,以与实施例1相同的方式制备分散物,并以与实施例1相同的方式冷却至室温(25℃)。之后,通过吸附过滤而去除大部分的分散介质,并将分散相浸渍于凝固溶剂即蒸馏水250mL中,经10分钟轻轻地搅拌。再次,将分散相的凝固物进行吸附过滤而去除水,得到分散相的凝固物。
在用甲醇清洗所得到的分散相的凝固物之后,通过蒸馏水进行清洗,去除残留的溶剂及盐,得到湿润状态的纤维素多孔质粒子。之后,以与实施例1相同的方式进行交联工序,得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.8g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为75μm。
[比较例1]
将结晶性纤维素粉末[KC FLOCK W-300G(商品名称)、平均聚合度370、NIPPONPAPER INDUSTRIES CO.,LTD.制]1.5g添加到60质量%的硫氰酸钙水溶液50g中,在100℃下进行了加热溶解。
在作为有机分散介质的二氯苯270mL中,将作为表面活性剂的山梨糖醇酐单油酸酯[span80、商品名称:Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制]0.3g进行溶解,从而制备出分散介质。接着,将所得到的分散介质加热到130℃,并对经过加热的分散介质中添加预先加热到100℃的纤维素溶剂,以转速400rpm进行搅拌而制备出分散物。将分散物的温度维持130℃并继续搅拌了10分钟。
将所得到的分散物以冷却速度2℃/分钟进行冷却直至达到室温。冷却之后,以维持转速400rpm的状态继续搅拌分散物,将作为凝固溶剂的甲醇250mL经10分钟滴落于分散物,使分散物中的分散相凝固。
将分散相的凝固物进行吸附过滤去除分散介质,得到分散相的凝固物。用甲醇清洗所得到的分散相的凝固物之后,通过蒸馏水进行清洗,去除所残留的溶剂及盐,得到湿润状态的多孔质粒子。之后,进行与实施例1相同的交联操作。
其结果,得到以干燥质量计0.5g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为255μm。
[比较例2]
将二乙酸纤维素[L-70(商品名称)、平均聚合度约190、Daicel Corporation.制]12g溶解于80mL的二氯甲烷和甲醇20mL的混合溶剂中,制备出9质量%浓度的二乙酸纤维素溶液。
在所得到的二乙酸纤维素溶液中添加1-辛醇[Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制]而制备出混合溶液。将所得到的混合溶液添加到预先投入到圆底烧瓶中的约5质量%浓度的含有明胶水性介质400mL中,以150rpm的搅拌速度进行搅拌而制备悬浮液,将所得到的悬浮液加热到35℃,维持35℃的温度且继续搅拌,从而使包含于悬浮粒子中的二氯甲烷蒸发并去除。
将所得到的悬浮液中的固体成分进行吸附过滤,将所残留的水性介质等进行分离去除而得到二乙酸纤维素球状粒子。用甲醇清洗并去除含有在所得到的二乙酸纤维素球状粒子中所包含的醇的稀释剂。
将清洗后的二乙酸纤维素球状粒子在含有甲醇10容量%的2摩尔/L(升)浓度的氢氧化钠水溶液250mL中进行皂化。
其结果,得到以干燥质量计10.2g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为480μm。
[纤维素多孔质粒子的评价]
按照以下基准对所得到的实施例1~13、比较例1~2的纤维素多孔质粒子进行了评价。在下述表1~表3中示出结果。
1.体积平均粒径的测定
对于实施例及比较例中所得到的各纤维素多孔质粒子,使用分别随机选择的1000个纤维素多孔质粒子的水分散物,由已述方法拍摄光学显微镜照片并作为电子数据进行保存,并使用美国国立卫生研究所制软件ImageJ算出体积平均粒径。
2.细孔径的测定
2-1.冻结干燥粒子的制作
将在实施例及比较例中得到的水湿润状态的纤维素多孔质粒子,在50容量%乙醇水溶液、70容量%乙醇水溶液、95容量%乙醇水溶液及100容量%乙醇中依次进行取代处理,进而将乙醇取代为叔丁醇之后进行冻结(-18℃以下),之后,通过冻结干燥而得到细孔测定用冻结干燥粒子。
2-2.表面细孔形状的撮影
对所得到的冻结干燥粒子实施基于锇的蒸镀处理以进行拍摄,并拍摄了经过蒸镀处理的纤维素多孔质粒子的扫描式电子显微镜(SEM)图像(倍率:200倍及3万倍)。
图1是以倍率200倍拍摄的在实施例10中得到的纤维素多孔质粒子的扫描式电子显微镜照片,图2是以倍率3万倍拍摄的在实施例10中得到的纤维素多孔质粒子的扫描式电子显微镜照片。通过扫描式电子显微镜照片可知所得到的冻结干燥粒子为球形粒子且内部具有微细的细孔。
2-3.平均细孔径、最大细孔径及比表面积的测定
使用所得到的冻结干燥粒子,并通过使用了shimadzu corporation制、Micromeritics细孔分布测定装置Auto Pore9520形(商品名称)的压汞法而实施了细孔分布分析。
以容量5mL的单元量取纤维素多孔质粒子的冻结干燥粒子试料约0.05g,在初始压约为5kPa下进行了测定。采用所算出的平均直径作为平均细孔径。在所得到的细孔分布中,将检测到的最大的细孔径的值作为最大细孔径。并且,通过所得到的细孔分布计算每单位质量的表面积,将所得到的值设为纤维素多孔质粒子的比表面积。
[表1]
[表2]
[表3]
从表1~表3的结果可知,通过本发明的制造方法而得到的纤维素多孔质粒子具有微细的细孔且比表面积较大,因此可以适当地使用于色谱载体、过滤材料等各种用途。
另一方面,可知由比较例的方法得到的纤维素多孔质粒子的粒径、细孔径均比实施例大,且比表面积较小。
[实施例14]
使用将结晶性纤维素粉末[KC Flock W-300G(商品名称)、平均聚合度370、NIPPONPAPER INDUSTRIES CO.,LTD.制]1.5g添加到60质量%的溴化锂水溶液50g中,并在110℃下加热溶解而得到的纤维素溶液,从溶液制备工序到清洗工序,以与实施例1相同的方式得到湿润状态的多孔质粒子。
用乙醇对清洗工序后的多孔质粒子进行溶剂取代之后,进一步进行用叔丁醇对乙醇进行溶剂取代的处理,之后,在-18℃以下进行冻结,得到通过常规方法进行冻结干燥的干燥多孔质粒子。由已述方法测定了残留于所得到的干燥多孔质粒子中的锂离子、溴离子的含量,锂离子的含量在干燥多孔质粒子每1kg中为40mmol,溴离子的含量在干燥多孔质粒子每1kg中为46mmol。
(交联工序)
在清洗工序后的湿润状态的多孔质粒子10g中添加0.5摩尔的氢氧化钠水溶液10mL,在45℃下经10分钟进行加热之后,添加硼氢化钠(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制)20mg、作为交联剂的环氧氯丙烷(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制)10mL,并在45℃下反应3小时,在多孔质粒子中形成交联结构。
之后,将包含形成有交联结构的凝固粒子的反应液进行吸附过滤,从而分取了形成有交联结构的多孔质粒子。实施对所得到的多孔质粒子用蒸馏水100mL进行2次水洗处理的清洗工序,得到水湿润状态的纤维素多孔质粒子。
将所得到的水湿润状态的纤维素多孔质粒子,以与得到干燥多孔质粒子的方式相同的方式进行冻结干燥,得到经过冻结干燥的纤维素多孔质粒子。所得到的干燥纤维素多孔质粒子以干燥质量计为0.6g。以与实施例1相同的方式测定的纤维素多孔质粒子的体积平均粒径为85μm。
[实施例15~实施例25]
将交联工序中的交联剂从三羟甲基丙烷三缩水甘油醚替换为环氧氯丙烷,且作为得到干燥纤维素多孔质粒子的干燥方法,替换为进行丙酮取代且以40℃加热5小时,并以与实施例14相同的方式通过冻结干燥进行了干燥,除此以外,以与实施例2~实施例12相同的方式得到实施例15~实施例25的纤维素多孔质粒子。
[实施例26]
将在分散物制备工序中使用的有机分散介质即二甲苯替换为二氯苯,除此以外,以与实施例14相同的方式制备分散物,并以与实施例14相同的方式冷却至室温(25℃)。之后,通过吸附过滤而去除大部分分散介质,并将分散相浸渍于作为凝固溶剂的蒸馏水250mL中经10分钟轻轻地搅拌,从而形成分散相凝固的多孔质粒子。将包含多孔质粒子的分散物吸附过滤而去除分散介质,接着,用甲醇100mL将经过分取的多孔质粒子进行清洗,通过吸附过滤而得到多孔质粒子。
之后,以与实施例14相同的方式进行清洗工序及交联工序,得到纤维素多孔质粒子。
得到以干燥质量计0.8g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为75μm。
[比较例3]
使用将结晶性纤维素粉末[KC Flock W-300G(商品名称)、平均聚合度370、NIPPONPAPER INDUSTRIES CO.,LTD.制]1.5g添加到60质量%的溴化锂水溶液50g中,并在110℃下加热溶解而得到的纤维素溶液,从溶液制备工序至清洗工序,以与比较例1相同的方式得到湿润状态的多孔质粒子。
将多孔质粒子进行吸附过滤而去除分散介质,接着,用甲醇100mL进行清洗,并通过吸附过滤得到湿润状态的多孔质粒子。将所得到的多孔质粒子放入烧杯中,实施了添加蒸馏水100mL并搅拌30分钟的水洗处理。搅拌时使用了四氟乙烯制搅拌叶片。搅拌后通过吸附过滤而去除了清洗水。将至此的水洗处理设为1次,在此实施了2次水洗处理。去除所残留的溶剂及盐,得到被清洗的湿润状态的多孔质粒子。
之后,对所得到的多孔质粒子,以与实施例14相同的方式进行交联工序,以与实施例14相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
得到以干燥质量计0.5g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为255μm。
[纤维素多孔质粒子的评价]
对所得到的实施例14~26、比较例3的纤维素多孔质粒子,按照以下基准评价了弹性模量。并且,通过已述方法测定出在交联工序之前且清洗工序之后的干燥多孔质粒子中所包含的锂离子及溴离子的含量。
并且,以与实施例1相同的方式测定出纤维素多孔质粒子的体积平均粒径、比表面积、平均细孔径、最大细孔径。
在下述表4~表6中示出评价结果。
[弹性模量]
使用微小硬度计(Fischer Instruments K.K.制微少硬度计Fischer Scope(注册商标)HM2000:商品名称),并使用200μm角平面压头,以压缩速度1μm/s测定出所得到纤维素多孔质粒子的弹性模量。弹性模量按照已述“弹性模量的测定方法”而测定出。
有关使用了微小硬度计的弹性模量的测定,替换纤维素多孔质粒子的水分散物对不同的试料进行10次试验,采用将所得到的弹性模量进行算术平均的值作为本说明书中的纤维素多孔质粒子的弹性模量。
下述表4~表6中示出结果。
[表4]
[表5]
[表6]
从表4~表6的结果可知,通过本发明的制造方法而得到的实施例14~实施例26的纤维素多孔质粒子具有微细的细孔,比表面积较大且最大细孔径较小。并且,弹性模量为8MPa以上且机械强度也良好,因此可以适当地使用于色谱载体、过滤材料等各种用途。
另一方面,可知通过在制备纤维素溶液时使用硫氰酸钙的比较例3的方法得到的纤维素多孔质粒子,即使形成有交联结构,机械强度也不充分,细孔径比实施例大且比表面积小。
并且,可知关于纤维素多孔质粒子的机械强度,相对于实施例14,纤维素使用量较多的实施例18、使用了聚合度更高的纤维素的实施例19、作为分散介质而使用橄榄油的实施例23更佳。
[实施例27]
(纤维素溶液制备工序)
将结晶性纤维素粉末[CEOLUS(注册商标)PH-101、平均聚合度220、Asahi KaseiCorporation.制]2.5g添加到60质量%的溴化锂水溶液50g中,在110℃下进行加热溶解而制备出纤维素溶液。
(分散物制备工序)
作为分散介质,在作为有机分散介质的二氯苯270mL中溶解作为表面活性剂的山梨糖醇酐单油酸酯[span80:商品名称、Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制]0.3g而制备出分散介质。接着,将所得到的分散介质加热到125℃,在被加热到125℃的分散介质中添加预先加热到110℃的上述纤维素溶液,并以转速400rpm进行了搅拌。将分散介质的温度维持125℃,并继续维持搅拌10分钟,得到分散物。
(纤维素凝固工序)
将所得到的分散物经约1小时冷却至室温(25℃)(冷却速度:1.7℃/分钟)。冷却之后,以维持转速400rpm的状态继续搅拌分散物,经10分钟滴落作为凝固溶剂的甲醇250mL,使分散物中的分散相凝固。
将包含分散相的凝固物的分散物进行吸附过滤而去除分散介质,接着,用甲醇100mL进行清洗,并通过吸附过滤而得到湿润状态的多孔质粒子。
(清洗工序)
如下进行清洗工序,将所得到的湿润状态的多孔质粒子放入烧杯中,添加蒸馏水100mL搅拌30分钟而进行水洗处理。搅拌时使用了四氟乙烯制搅拌叶片。搅拌之后通过吸附过滤而去除了清洗水。将至此的水洗处理设为1次,在此实施了2次水洗处理。去除所残留的溶剂及盐,得到包含湿润状态的纤维素的凝固粒子。
(交联工序)
在湿润状态的多孔质粒子10g中添加0.5摩尔的氢氧化钠水溶液10mL,在45℃下加热10分钟之后,添加硼氢化钠(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制)20mg、作为交联剂的环氧氯丙烷(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制)10mL,在45℃下反应3小时,得到在多孔质粒子中形成有交联结构的纤维素多孔质粒子。
之后,将包含形成有交联结构的纤维素多孔质粒子的反应液进行吸附过滤而分取了形成有交联结构的纤维素多孔质粒子。对所得到的纤维素多孔质粒子用蒸馏水100mL清洗2次,得到水湿润状态的纤维素多孔质粒子。对湿润状态的纤维素粒子通过已述方法实施冻结干燥并制作了冻结干燥粒子,以干燥质量计为1.1g。以与实施例1相同的方式测定了所得到的纤维素多孔质粒子的体积平均粒径,为186μm。
[实施例28]
将在分散物制备工序中使用的有机分散介质即二氯苯替换为液体石蜡,将凝固工序中的凝固溶剂即甲醇替换为四氢呋喃,除此以外,以与实施例27相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.2g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为78μm。
[实施例29]
除了不实施交联工序以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.1g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为86μm。
[实施例30]
除了重复实施2次交联工序以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.3g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为80μm。
[实施例31]
将在纤维素溶液制备工序中使用的结晶性纤维素粉末的使用量从2.5g变更为1.5g,除此以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计0.7g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为46μm。
[实施例32]
将在纤维素溶液制备工序中使用的结晶性纤维素粉末的使用量从2.5g变更为3.5g,除此以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.8g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为94μm。
[实施例33]
将在分散物制备工序中使用的有机分散介质即液体石蜡替换为橄榄油,并将凝固工序中的凝固溶剂即四氢呋喃替换为丙酮,除此以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.3g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为95μm。
[实施例34]
将在分散物制备工序中使用的有机分散介质即液体石蜡替换为香油,并将凝固工序中的凝固溶剂即四氢呋喃替换为丙酮,除此以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.2g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为126μm。
[实施例35]
将在分散物制备工序中使用的有机分散介质即液体石蜡替换为菜籽油,并将凝固工序中的凝固溶剂即四氢呋喃替换为丙酮,除此以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.1g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为142μm。
[实施例36]
在清洗工序中,将水洗处理的次数从2次替换为5次,除此以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.3g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为74μm。
[实施例37]
在清洗工序中,将水洗处理的次数从2次替换为1次,除此以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.1g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为82μm。
[实施例38]
在清洗工序中,将水洗处理的次数从2次替换为1次,进而将1次水洗处理中使用的蒸馏水的量从100mL替换为50mL,除此以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.0g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为84μm。
[实施例39]
在清洗工序中,将水洗处理的次数从2次替换为1次,进而将1次清洗处理中使用的蒸馏水的量从100mL替换为10mL,除此以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.3g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为85μm。
[实施例40]
清洗工序不在交联工序之前实施,而是在交联工序结束之后实施,除此以外,以与实施例28相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.2g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为89μm。
[实施例41]
清洗工序不在交联工序之前实施,而是在交联工序结束之后实施,除此以外,以与实施例27相同的方式得到纤维素多孔质粒子。
其结果,得到以干燥质量计1.1g的纤维素多孔质粒子。以与实施例1相同的方式测定的体积平均粒径为184μm。
[纤维素多孔质粒子的评价]
对所得到的实施例27~实施例41的纤维素多孔质粒子,以与实施例14相同的方式测定了弹性模量、交联工序之前且清洗工序之后的干燥多孔质粒子中所包含的锂离子及溴离子的含量。
并且,以与实施例1相同的方式测定了纤维素多孔质粒子的体积平均粒径、比表面积、平均细孔径、最大细孔径。
在下述表7~表9中示出评价结果。
[表7]
[表8]
[表9]
从表7~表9的结果可知,通过本发明的制造方法而得到的实施例27~实施例41的纤维素多孔质粒子具有微细的细孔,比表面积较大且最大细孔径较小。所得到的纤维素多孔质粒子的弹性模量均为8MPa以上,机械强度也良好,因此可适当地使用于色谱载体、过滤材料等各种用途。
并且,关于纤维素多孔质粒子的机械强度,通过实施例28与实施例36~实施例39的对比确认到,在清洗工序中,通过充分实施水洗处理并降低交联工序之前的多孔质粒子中所包含的锂离子及溴离子的含量,能够进一步提高所得到的纤维素多孔质粒子的机械强度。由实施例28与实施例30的对比可知,通过进行2次交联工序也能够进一步提高机械强度。
关于清洗工序,由实施例27与实施例41、实施例28与实施例40的对比可知,从更能够提高纤维素多孔质粒子的机械强度的观点考虑,在交联工序之前实施清洗工序比交联工序之后实施清洗工序更有效。
2014年3月12日申请的日本专利申请2014-049274公开的内容通过参考被引用于本说明书中。
在本说明书中记载的全部文献、专利申请及技术标准,与具体且分别记载了通过参考的形式引用于各文献、专利申请及技术标准的情况相同程度地以参考的形式引用于本说明书中。
Claims (18)
1.一种纤维素多孔质粒子的制造方法,其包括:
纤维素溶液制备工序,将纤维素溶解于溴化锂水溶液中而制备纤维素溶液;
分散物制备工序,使所述纤维素溶液分散于有机分散介质中而制备纤维素溶液分散物;及
凝固工序,将所述纤维素溶液分散物进行冷却并添加凝固溶剂,从而使所述纤维素溶液分散物中的纤维素凝固而得到多孔质粒子。
2.根据权利要求1所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,
包括清洗工序,该工序中清洗经过所述凝固工序而得到的多孔质粒子。
3.根据权利要求1或2所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,
包括交联工序,该工序中在经过所述凝固工序而得到的多孔质粒子中形成交联结构。
4.根据权利要求3所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,
在所述交联工序之前和/或之后进行所述清洗工序。
5.根据权利要求4所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,
在所述交联工序之前进行所述清洗工序。
6.根据权利要求5所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,
所述清洗工序为使所述多孔质粒子的干燥质量1kg中含有的锂离子及溴离子的含量分别成为800mmol以下的工序。
7.根据权利要求3~6中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,
所述交联工序为在经过所述凝固工序而得到的多孔质粒子中使用环氧氯丙烷形成交联结构的工序。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,
包含于所述溴化锂水溶液中的溴化锂的含量为50质量%以上且70质量%以下。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,
包含于所述纤维素溶液中的纤维素的含量为1质量%以上且15质量%以下。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,
将所述纤维素溶液分散物进行冷却时的冷却速度为0.2℃/分钟以上且50℃/分钟以下。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法,其中,
包括冻结干燥工序,该工序中使所述纤维素多孔质粒子冻结干燥而得到冻结干燥纤维素多孔质粒子。
12.一种纤维素多孔质粒子,其通过权利要求1~11中任一项所述的纤维素多孔质粒子的制造方法而得到。
13.根据权利要求12所述的纤维素多孔质粒子,其中,
由通过微小硬度计测定的5%应变时的荷载算出的所述纤维素多孔质粒子的弹性模量为8MPa以上。
14.根据权利要求12或13所述的纤维素多孔质粒子,其中,
对冻结干燥后的所述纤维素多孔质粒子通过压汞法进行测定,测定得到的平均细孔径为10nm以上且2000nm以下。
15.根据权利要求12~14中任一项所述的纤维素多孔质粒子,其中,
对冻结干燥后的纤维素多孔质粒子通过压汞法进行测定,测定得到的比表面积为140m2/g以上。
16.根据权利要求12~15中任一项所述的纤维素多孔质粒子,其中,
体积平均粒径为1μm以上且2000μm以下。
17.根据权利要求12~16中任一项所述的纤维素多孔质粒子,其中,
将所述纤维素多孔质粒子进行干燥而得到的干燥粒子1kg中含有的锂离子含量为0.0001mmol以上且100mmol以下。
18.根据权利要求12~17中任一项所述的纤维素多孔质粒子,其中,
将所述纤维素多孔质粒子进行干燥而得到的干燥粒子1kg中含有的溴离子含量为0.0001mmol以上且100mmol以下。
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